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本文介绍了核磁共振(NMR)的原理及小型核磁共振仪信号源及信号处理系统的设计。核磁共振是指磁性原子核的磁矩在恒定磁场和射频磁场同时作用,且满足一定条件时所发生的共振吸收现象,是一种利用原子核在磁场中的能量变化来获得关于核信息的技术。利用低场脉冲核磁共振技术进行物质的定量分析具有快速、准确、无损的特点,此技术在国内外都收到了广泛的重视和应用。因此本文提出了一种小型低场脉冲核磁共振分析仪系统。通过对系统的理论进行学习和研究,主要分析和设计了信号源及信号处理系统,并通过仿真对设计的可行性进行验证。
在低场脉冲核磁共振分析仪的系统设计过程中,考虑到低场磁共振自由感应(FID-FreeInductionDecay)信号十分微弱,信噪比低,所以信号放大电路的设计、调试具有一定的困难。而前置放大电路主要完成磁共振FID信号的有源放大,是信号处理的前提条件,也是关系到信号特征波形的重要环节。本文在进行了方案讨论后,给出了具体的前置放大电路,并对放大电路的电源和输出保护电路给出了具体要求,针对两级放大电路计算了增益系数,分析了带宽,起到了低噪声、高增益的目的。
控制系统采用DSP控制DDS的任意信号发生器的实现方案。重点介绍了TMS320LF2407A与AD9852的硬件接口电路,通过DSP输出频率控制字到AD9852,从而控制射频脉冲信号,并对DSP和DDS的原理和性能进行分析。设计和调试了系统硬件电路,以DSP为核心设计了系统的控制电路、驱动电路,并进行了单元环节的调试。
软件上采用小波变换理论,Mallat算法是小波理论中的重要组成部分,根据Mallat算法的原理,提出了将该方法应用到噪声处理中,应用DSP对输入信号实时地进行处理,完成小波变换去噪。通过MATLAB进行仿真得到FID信号在时域和频域的谱图,经仿真证明,信号中所包含的噪声降低程度要大。可见小波降噪的方案是可行的,并且效果也是很明显。
经仿真实验证明,本方案设计的电路能够很好的满足设计要求,达到了低噪声的设计指标。本文提出的研究思路、硬件设计以及软件设计方案是切实可行的,具有结构简单、运行平稳、强抗干扰性、噪声低等特点。整个电路部分的设计基本达到了预期的要求。